Задержка отображения

Задержка отображения — это явление, связанное с большинством типов жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев), таких как смартфоны и компьютеры, а также почти со всеми типами телевизоров высокой четкости (HDTV). Это относится к задержке или задержке между отправкой сигнала на дисплей и моментом, когда дисплей начинает отображать этот сигнал. Это время задержки было измерено и составило 68 мс. или эквивалент 3-4 кадров на дисплее с частотой 60 Гц . Задержку отображения не следует путать со временем отклика пикселя , которое представляет собой количество времени, необходимое пикселю для изменения одного значения яркости на другое. В настоящее время большинство производителей указывают время отклика пикселей, но не сообщают о задержке отображения.

Аналоговые и цифровые технологии

Для более старой аналоговой технологии электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) задержка отображения практически равна нулю из-за характера технологии, которая не имеет возможности сохранять данные изображения перед отображением. Сигнал изображения минимально обрабатывается внутри, просто для демодуляции несущей радиочастотной (РЧ) волны (для телевизоров), а затем разделяется на отдельные сигналы для красной, зеленой и синей электронных пушек , а также для синхронизации вертикального изображения. и горизонтальная синхронизация. Регулировка изображения обычно включает в себя изменение формы сигнала, но без сохранения, поэтому изображение записывается на экран так же быстро, как оно получено, с задержкой всего в наносекунды , чтобы сигнал прошел по проводке внутри устройства от входа на экран.

Для современных цифровых сигналов необходимы значительные вычислительные мощности компьютера и память для подготовки входного сигнала к отображению. Как для эфирного, так и для кабельного телевидения используются одни и те же методы аналоговой демодуляции, но после этого сигнал преобразуется в цифровые данные, которые необходимо распаковать с помощью кодека MPEG и преобразовать в растровое изображение, хранящееся в файле. кадровый буфер .

Для режимов отображения с прогрессивной разверткой обработка сигнала здесь останавливается, и буфер кадра немедленно записывается на устройство отображения. В простейшей форме эта обработка может занять несколько микросекунд.

Для чересстрочного видео часто применяется дополнительная обработка для деинтерлейсинга изображения и придания ему более четкого или детального вида, чем оно есть на самом деле. Это делается путем сохранения нескольких чересстрочных кадров с последующим применением алгоритмов для определения областей движения и неподвижности, а также для объединения чересстрочных кадров для сглаживания или экстраполяции мест, где пиксели находятся в движении. Полученный рассчитанный буфер кадров затем записывается на устройство отображения.

Деинтерлейсинг приводит к задержке, которая не может быть короче количества кадров, сохраняемых для справки, плюс дополнительный переменный период для расчета результирующего экстраполированного буфера кадров; Задержки 16-32 мс являются обычным явлением.

Причины задержки отображения

Хотя время отклика пикселя дисплея обычно указано в характеристиках монитора, ни один производитель не афиширует задержку отображения своих дисплеев, вероятно, потому, что наблюдается тенденция к увеличению задержки отображения, поскольку производители находят больше способов обработки ввода на уровне дисплея до его завершения. показано. Возможными виновниками являются накладные расходы на обработку HDCP , Digital Rights Management (DRM), а также методы DSP , используемые для уменьшения эффекта ореолов – и причина может варьироваться в зависимости от модели дисплея. Расследования были проведены несколькими веб-сайтами, связанными с технологиями, некоторые из которых перечислены в конце этой статьи.

ЖК-дисплеи, плазменные и DLP-дисплеи, в отличие от ЭЛТ, имеют собственное разрешение . То есть у них есть фиксированная сетка пикселей на экране, которая показывает наиболее четкое изображение при работе с собственным разрешением (поэтому ничего не нужно масштабировать в полный размер, что может размыть изображение). Для отображения неродных разрешений такие дисплеи должны использовать видеоскейлеры , встроенные в большинство современных мониторов. Например, дисплей с собственным разрешением 1600x1200, на который подается сигнал 640x480, должен масштабировать ширину и высоту в 2,5 раза, чтобы отображать изображение, предоставленное компьютером, в собственных пикселях. Чтобы сделать это, создавая при этом как можно меньше артефактов , требуется усовершенствованная обработка сигнала, которая может быть источником введенной задержки. Чересстрочные видеосигналы, такие как 480i и 1080i, требуют этапа деинтерлейсинга , который добавляет задержку. анекдотично Задержка отображения значительно меньше, когда дисплеи работают с собственным разрешением для данного ЖК-экрана и в режиме прогрессивной развертки . Также было показано, что внешние устройства сокращают общую задержку, обеспечивая более быстрые алгоритмы изменения размера изображения, чем те, которые присутствуют в ЖК-экране. На практике это суммирует внутренние и внешние задержки.

Многие ЖК-дисплеи также используют технологию, называемую «овердрайв», которая буферизует несколько кадров вперед и обрабатывает изображение, чтобы уменьшить размытие и полосы, оставленные ореолами. Эффект заключается в том, что все отображается на экране через несколько кадров после передачи видеоисточником.

Тестирование задержки отображения

Задержку отображения можно измерить с помощью тестового устройства, такого как тестер задержки входного видеосигнала. Несмотря на свое название, устройство не может самостоятельно измерить входную задержку. Он может измерять только задержку ввода и время отклика вместе.

При отсутствии измерительного устройства измерения можно выполнять с использованием тестового дисплея (измеряемого дисплея), контрольного дисплея (обычно ЭЛТ ) , который в идеале должен иметь незначительную задержку отображения, компьютера, способного зеркально отображать выходные данные на два дисплея, секундомера программного обеспечения . и высокоскоростная камера, направленная на два дисплея, на которых запущена программа секундомера. Время задержки измеряется путем фотографирования дисплеев с программным обеспечением секундомера, а затем вычитания двух значений времени на дисплеях на фотографии. Этот метод измеряет только разницу в задержке отображения между двумя дисплеями и не может определить абсолютную задержку отображения одного дисплея. ЭЛТ предпочтительнее использовать в качестве контрольного дисплея, поскольку их задержка отображения обычно незначительна. Однако дублирование видео не гарантирует, что одно и то же изображение будет отправлено на каждый дисплей в один и тот же момент времени.

В прошлом считалось общеизвестным, что результаты этого теста были точными, поскольку их можно было легко воспроизвести, даже когда дисплеи были подключены к разным портам и разным картам, что предполагало, что эффект связан с дисплеем, а не с компьютерная система. Углубленный анализ, опубликованный на немецком сайте Prad.de, показал, что эти предположения ошибочны. Усреднение измерений, как описано выше, приводит к сопоставимым результатам, поскольку включает одинаковое количество систематических ошибок. Как видно из обзоров разных мониторов, определенные таким образом значения задержки отображения для одной и той же модели монитора различаются с запасом до 16 мс и даже более.

Чтобы минимизировать влияние асинхронного вывода изображения (моменты передачи изображения на каждый монитор различны или фактическая используемая частота для каждого монитора различна) используется узкоспециализированное программное приложение под названием SMTT. или необходимо использовать очень сложную и дорогую тестовую среду.

Несколько подходов к измерению задержки отображения были перезапущены в несколько измененных вариантах, но все же вновь представили старые проблемы, которые уже были решены ранее упомянутым SMTT. Один из таких методов предполагает подключение ноутбука к телевизору высокой четкости через композитное соединение и запуск тайм-кода, который одновременно отображается на экране ноутбука и телевизора высокой четкости, а также запись обоих экранов на отдельный видеомагнитофон. Когда видео на обоих экранах приостановлено, разница во времени, отображаемая на обоих дисплеях, интерпретируется как оценка задержки отображения. Тем не менее, это почти идентично использованию случайных секундомеров на двух мониторах с использованием настройки монитора «представление клона», поскольку при этом не учитывается отсутствие синхронизации между композитным видеосигналом и отображением экрана ноутбука или задержка отображения этого изображения. экрана или то, что вертикальное обновление экрана двух мониторов по-прежнему асинхронно и не связано друг с другом. Даже если в драйвере видеокарты активирована вертикальная синхронизация, видеосигналы аналогового и цифрового выхода не будут синхронизированы. Поэтому невозможно использовать один секундомер для измерения задержки дисплея, даже если он создан таймкодом или простым приложением секундомера, так как он всегда будет вызывать ошибку до 16 мс и даже больше.

Влияние задержки отображения на пользователей

Задержка отображения способствует общей задержке в интерфейсной цепочке ввода пользователя (мышь, клавиатура и т. д.) от видеокарты к монитору. В зависимости от монитора 10–68 мс измеренное время задержки отображения составляет . Однако влияние задержки на пользователя зависит от чувствительности каждого пользователя к ней.

Задержка отображения наиболее заметна в играх (особенно на старых игровых консолях), причем разные игры влияют на восприятие задержки. Например, в World of Warcraft небольшая PvE задержка ввода не так критична по сравнению с PvP или другими играми, предпочитающими быстрые реакции, такими как Counter-Strike . Ритмические игры, такие как Guitar Hero , также требуют точного расчета времени; задержка отображения приведет к заметному смещению между музыкой и экранными подсказками. Примечательно, что многие игры этого типа включают опцию, которая пытается откалибровать задержку отображения. Вероятно, файтинги, такие как Street Fighter , Super Smash Bros. Melee и Tekken, страдают больше всего, поскольку они могут требовать ввода данных о перемещении в очень узких окнах событий, которые иногда длятся всего 1 кадр или 16,67 мс на экране.

Предполагая, что время реакции человека на конкретное игровое событие является гауссовым, становится возможным обсудить эффект задержки с точки зрения вероятностей. При отображении без задержек у человека есть определенная вероятность ввести свой ввод в пределах окна кадров. Поскольку видеоигры работают с дискретными кадрами, отсутствие последнего кадра окна даже на 0,1 мс приводит к тому, что ввод интерпретируется на полный кадр позже. Из-за этого любая задержка повлияет на способность человека попасть в определенное временное окно. Серьезность этого воздействия зависит от положения и вариативности реакции человека на визуальный сигнал, величины введенной задержки и размера временного окна. Например, при наличии очень большого окна в 30 кадров вероятность попадания человека в это окно составит 99,99%. Введя задержку в один кадр, способность человека попасть в окно из 30 кадров, вероятно, останется в диапазоне 99,99% (при условии, что человек реагирует где-то около середины окна). Однако при меньшем окне, скажем, в 2 кадра, эффект задержки становится гораздо более значительным. Если предположить, что реакция человека сосредоточена на окне из двух кадров, а вероятность попадания сверхчеловека в окно составляет 99,99%, введение задержки на полный кадр приведет к падению вероятности успеха примерно до 50%.

Если игровой контроллер производит дополнительную обратную связь (гул, динамик пульта Wii и т. д.), то задержка отображения приведет к тому, что эта обратная связь не будет точно совпадать с изображением на экране, что может привести к дополнительной дезориентации (например, ощущение контроллера грохот за долю секунды до того, как врезаться в стену).

Телезрители также могут пострадать. Если используется ресивер домашнего кинотеатра с внешними динамиками, то из-за задержки изображения звук будет слышен раньше, чем будет видно изображение. «Ранний» звук более резкий, чем «поздний». Многие ресиверы для домашнего кинотеатра имеют ручную регулировку задержки звука, которую можно настроить для компенсации задержки изображения.

Решения

Игровой режим

Многие телевизоры, скалеры и другие потребительские устройства отображения теперь предлагают так называемый «игровой режим», в котором обширная предварительная обработка, ответственная за дополнительную задержку, специально приносится в жертву ради уменьшения, но не устранения задержки. Хотя эта функция обычно предназначена для игровых консолей, она также полезна и для других интерактивных приложений. подобные опции уже давно доступны на домашнем аудиооборудовании и модемах По той же причине . Подключение через кабель или компонент VGA должно устранить заметную задержку ввода на многих телевизорах, даже если у них уже есть игровой режим. При аналоговом соединении расширенная постобработка отсутствует, и сигнал проходит без задержки.

Переименование ввода

Телевизор может иметь режим изображения, который уменьшает задержку отображения на компьютерах. Некоторые телевизоры Samsung и LG автоматически уменьшают задержку для определенного входного порта, если пользователь переименовывает порт в «ПК».

Задержка отображения в зависимости от времени отклика

ЖК-экраны с высоким значением времени отклика часто не дают удовлетворительного результата при просмотре быстродвижущихся изображений (они часто оставляют полосы или размытие; это называется двоением ). Но ЖК-экран с высоким временем отклика и значительной задержкой отображения непригоден для игр в динамичные компьютерные игры или выполнения быстрых высокоточных операций на экране из-за отставания курсора мыши.

См. также

• Входная задержка

Внешние ссылки

• База данных с измерениями входной задержки для более чем 200 телевизоров (немецкий язык)
• Статья на PRAD.de — первый научный подход к определению задержки отображения (немецкий)
• Тестирование входной задержки — статья о TFT Central, сравнивающая различные методы (14 декабря 2011 г.)
• SMTT — высокооптимизированное программное обеспечение для тестирования задержки отображения, позволяющее уменьшить погрешность, обычную для простых приложений секундомера.
• FlatpanelsHD.com — программное обеспечение для проверки задержки дисплея (15 декабря 2008 г.)
• Тест BeHardware — изображение на ЖК-дисплеях задерживается по сравнению с ЭЛТ? Да ! (3 августа 2006 г.)
• BeHardware тестирует 22-дюймовые TFT-мониторы на предмет задержки изображения (19 декабря 2006 г.)
• Сообщение на форуме Avs о задержке отображения
• Видео, демонстрирующее задержку отображения в Quake (24 июня 2006 г.)
• Видео, демонстрирующее задержку отображения в UT2003 (27 июня 2006 г.)
• TFT Central — задержка отображения и функции TFT (29 октября 2008 г.)
• Видео, демонстрирующее задержку отображения в пользовательском интерфейсе Windows (12 декабря 2006 г.)
• Отчет HDTV-Gaming-Lag Report (21 июля 2006 г.) (Примечание: эта статья составлена ​​на основе мнений читателей IGN и не гарантирует точности)
• Статья Anandtech о задержке ввода (16 июля 2009 г.)